專利名稱：一種粉末冶金活塞環及其生產方法
技術領域：
本發明涉及活塞環及其生產方法，更確切地說，本發明涉及一種粉末冶金活塞環及其生產方法。
背景技術：
活塞環是內燃機和壓縮機中非常重要的零件，它安裝在活塞上。活塞環按其作用的不同，可分為氣環和油環兩大類。氣環主要用以密封和導熱，安裝在活塞環帶區的上部；油環主要起刮油作用，安裝在氣環的下面。目前，活塞環材料一般采用珠光體為基體的灰鑄鐵或合金鑄鐵、球鐵，為提高活塞環的耐磨性和磨合性，環的外圓及兩端面可進行鍍鉻、噴鉬、鍍錫、磷化等表面處理。在化學工業出版社1979年出版的《機械設計手冊》上冊第一分冊第二版第350頁中，介紹了一種可制作活塞環的粉末冶金材料燒結銅鉬鋼，即FG70Cu3Mo-40和FG70Cu3Mo-50，但末見其生產加工方法。在CN1088626A的說明書中，公開了一種鐵的硼化物硬質合金，其組成為硬質相鐵的硼化物100重量份、粘結相的鐵粉或鋼粉6-240重量份。該材料雖然硬度大、耐磨，但制作薄件和細件時，易斷、易碎。鑄鐵活塞環的生產雖有百余年的歷史，但是，由于活塞環的質量要求高，加工難度大，傳統的生產加工方法的工序多達50余道，以致生產投資大，成本高，周期長，廢品率高，并污染環境。目前迫切需要開發能克服上述缺陷的活塞環及其生產方法。
發明內容
本發明目的是提供一種粉末冶金活塞環，該活塞環的機械性能和密封性能明顯優于現有技術的活塞環，而且使用壽命可延長2倍以上。
本發明的另一個目的是提供該粉末冶金活塞環的生產方法，該方法操作簡便，成本低，且無環境污染。
本發明提供的一種粉末冶金活塞環，采用金屬環開切口的結構，所述的切口為直切口、斜切口、搭接口之一種，所述金屬環為矩形環、錐面環、扭曲環、桶面環、梯形環、組合環、開槽環之一種，其特征在于該活塞環的粉末冶金原料的成分及配比為30-94wt％的硬質相含鐵硼化物，0.01-1wt％的稀土元素，其余為鐵粉或鋼粉。
本發明的一種粉末冶金活塞環，其中所述硬質相含鐵硼化物的組成為11-25wt％的碳化硼，3-7wt％的氟硼酸鉀，其余為鐵粉。
本發明活塞環的粉末冶金原料成分中所用的稀土元素為混合稀土元素，牌號為RECe-40或RECe-45、RECe-48，標準為GB/T4153-1993，該產品市場有售。
本發明提供的一種粉末冶金活塞環的生產方法，該方法包括下列工序粉末配制，成型生坯，燒結毛坯，磨削兩端面，切開口，磨削內、外圓，外圓珩磨，修開口；其特征在于在燒結毛坯工序中，燒結溫度為1100-1300℃，燒結時間為20-40分鐘。
由于本發明的活塞環的粉末冶金原料采用含鐵硼化物硬質合金，并增加了0.01-1wt％的稀土元素，使該合金的機械性能明顯增強，克服了現有合金材料制作薄件和細件時易斷、易碎的弱點，經生產試用和測試表明本發明的粉末冶金活塞環與同規格的鑄鐵活塞環相比，其耐磨性、密封性大大提高，使用壽命延長2倍以上。本發明的粉末冶金活塞環的生產方法與鑄鐵活塞環的傳統生產方法相比，生產成本降低30％以上，操作簡便，生產周期大大縮短，由于減少了表面處理工序，無環境污染。
2004年初，本發明的一種粉末冶金活塞環安裝在JL465Q1汽油發動機上，送到國家重型汽車質量監督檢驗中心進行性能試驗和可靠性試驗，活塞環公稱直徑為φ65.5mm，第一道氣環為桶面環，第二道氣環為錐面環，第三道油環采用組合油環，其活塞環樣品的各項檢驗結果均符合GB18297-2001《汽車發動機性能試驗方法》、QC/525-1999《汽車發動機可靠性試驗方法》的相應規定，檢驗合格。在300小時復試時，轉速在2000-5300r/min條件下，活塞漏氣量為14-16L/min；可靠性能檢驗后，活塞環槽和環表面沉積物為A類，即輕微沉積物，靈活環，無危害性；粉末冶金活塞環在300小時可靠性試驗后測試，比對比試驗的日本理研環的磨損還小。
圖1為本發明粉末冶金活塞環生產方法的工藝流程示意圖；圖2為本發明粉末冶金活塞環的結構示意圖。
圖2中，標記1為活塞環的開口，2為活塞環的端面，3為活塞環的外圓，4為活塞環的內圓。
具體實施例方式
下面的實施例僅為了進一步說明本發明，而不是限制本發明。
實施例1粉末配制將70wt％的硬質相含鐵硼化物(其中，15wt％的碳化硼，4wt％的氟硼酸鉀，81wt％的鐵粉)，0.02wt％的RECe-40混合稀土元素，其余為鋼粉，進行混合配料，經常規的濕磨、過濾、干燥工序后，配制成所需的粉末，然后摻少量石蠟，待用；成型生坯用壓力機和模具，將上述配制好的粉末，壓制成型所需的生坯；燒結毛坯將生坯置于燒結爐中，在1100℃的溫度下燒結40分鐘，即得到所需的活塞環毛坯；磨削兩端面用對磨機將毛坯的兩端面，磨削成所需尺寸；切開口用線切割機切開口；磨削內、外圓用內圓磨床磨削內圓以符合所需尺寸的要求，并用外圓磨床磨削外圓；外圓珩磨用珩磨機，將外圓珩磨成所需尺寸；修開口用磨床修開口，以符合所需尺寸的要求；
用該方法制成的粉末冶金活塞環可用于輕型汽車，如JL465Q1汽油發動機中。
實施例2生產工序與實施例1相同，所不同的是粉末配制工序中采用80wt％的硬質相含鐵硼化物(其中，20wt％的碳化硼，5wt％的氟硼酸鉀，75wt％的鐵粉)，0.03wt％的RECe-48混合稀土元素，其余為鐵粉，另外，燒結毛坯工序中，燒結溫度為1300℃，燒結時間為20分鐘。
用該方法制成的粉末冶金活塞環可用于重型汽車的汽油發動機中。
實施例3生產工序與實施例1相同，所不同的是粉末配制工序中采用30wt％的硬質相含鐵硼化物(其中，25wt％的碳化硼，3wt％的氟硼酸鉀，72wt％的鐵粉)，1wt％的RECe-40混合稀土元素，其余為鐵粉，另外，燒結毛坯工序中，燒結溫度為1250℃，燒結時間為30分鐘。
用該方法制成的粉末冶金活塞環可用于柴油發動機中。
實施例4生產工序與實施例1相同，所不同的是粉末配制工序中采用50wt％的硬質相含鐵硼化物(其中，15wt％的碳化硼，5wt％的氟硼酸鉀，80wt％的鐵粉)，0.04wt％的RECe-40混合稀土元素，其余為鐵粉，另外，燒結毛坯工序中，燒結溫度為1200℃，燒結時間為40分鐘。
用該方法制成的粉末冶金活塞環可用于壓縮機中。
權利要求
1.一種粉末冶金活塞環，采用金屬環開切口的結構，所述切口為直切口、斜切口、搭接口之一種，所述金屬環為矩形環、錐面環、扭曲環、桶面環、梯形環、組合環、開槽環之一種，其特征在于該活塞環的粉末冶金原料的成分及配比為30-94wt％的硬質相含鐵硼化物，0.01-1wt％的稀土元素，其余為鐵粉或鋼粉。
2.根據權利要求1的一種粉末冶金活塞環，其特征在于所述硬質相含鐵硼化物的組成為11-25wt％的碳化硼，3-7wt％的氟硼酸鉀，其余為鐵粉。
3.一種粉末冶金活塞環的生產方法，該方法包括下列工序粉末配制，成型生坯，燒結毛坯，磨削兩端面，切開口，磨削內、外圓，外圓珩磨，修開口；其特征在于在燒結毛坯工序中，燒結溫度為1100-1300℃，燒結時間為20-40分鐘。
全文摘要
本發明涉及一種粉末冶金活塞環及其生產方法，該活塞環的粉末冶金原料的成分及配比為30－94Wt％的硬質相含鐵硼化物，0.01－1Wt％的稀土元素，其余為鐵粉或鋼粉；該粉末冶金活塞環的生產方法包括下列工序粉末配制，成型生坯，燒結毛坯，磨削兩端面，切開口，磨削內、外圓，外圓珩磨，修開口；該方法操作簡便，生產成本可降低30％以上，且無環境污染，本發明的活塞環其耐磨性和密封性能大大提高，與現有活塞環相比，使用壽命可延長2倍以上。
文檔編號F16J9/26GK1570427SQ20041003770
公開日2005年1月26日 申請日期2004年5月8日 優先權日2004年5月8日
發明者吳立新, 張國壽 申請人:吳立新, 張國壽